En el laboratorio de electrónica de potencia, tras dos semanas de trabajo intensivo, finalmente hemos implementado con éxito el algoritmo de control vectorial para un inversor trifásico de cuatro brazos. Este sistema utiliza una línea de CC de 800V para generar una salida CA trifásica de 380V, manteniendo la estabilidad tanto en vacío como con carga completa, con una distorsión armónica total medida inferior al 2%. En este artículo, analizaremos en detalle el modelo en Simulink, explorando cómo el control vectorial logra estabilizar este complejo sistema de cuatro brazos.

Comenzamos con la implementación de la transformación de coordenadas, fundamental para el control vectorial:

function [d_axis, q_axis, zero_comp] = transformacion_coordenadas(corriente_a, corriente_b, corriente_c, angulo)
% Transformación de Clarke
componente_alpha = corriente_a;
componente_beta = (corriente_b - corriente_c) / sqrt(3);
% Transformación de Park
d_axis = componente_alpha * cos(angulo) + componente_beta * sin(angulo);
q_axis = -componente_alpha * sin(angulo) + componente_beta * cos(angulo);
% Componente de secuencia cero para el cuarto brazo
zero_comp = (corriente_a + corriente_b + corriente_c) / 3;

Este código implementa la transformación de Clarke-Park, convirtiendo las corrientes trifásicas en componentes de continua en el sistema de referencia rotativo. Es importante destacar el parámetro zero_comp, que representa el canal de secuencia cero exclusivo de los inversores de cuatro brazos, diseñado específicamente para manejar cargas desequilibradas trifásicas.

El corazón de nuestro sistema es el módulo de SVM (Space Vector Modulation) modificado para cuatro brazos:

function [pwm_a, pwm_b, pwm_c, pwm_n] = svm_cuatro_brazos(vd, vq, v0, tension_dc)
% Tensión de entrada fija de 800V
tension_dc = 800; 
% Límite de modulación para seguridad
limite_amplitud = tension_dc / sqrt(3) * 0.95; 
% Transformación inversa de Park
v_alpha = vd * cos(angulo) - vq * sin(angulo);
v_beta = vd * sin(angulo) + vq * cos(angulo);
% Generación de señales modulantes para tres brazos
v_ab = [v_alpha, (sqrt(3) * v_beta - v_alpha) / 2, (-sqrt(3) * v_beta - v_alpha) / 2];
% Compensación de secuencia cero para el cuarto brazo
compensacion = v0 - (max(v_ab) + min(v_ab)) / 2;
% Generación de señales PWM
pwm_n = (compensacion / tension_dc + 0.5) * 100;

Este módulo incorpora varias técnicas avanzadas: 1) Cálculo automático de la compensación de secuencia cero meidante funciones de máximo y mínimo; 2) Un límite de modulación del 95% para proporcionar margen de seguridad a los IGBT; 3) La conversión final de valores normalizados a porcentajes de ciclo de trabajo.

Durante la simulación, identificamos un problema interesante: oscilaciones en la tensión del bus en vacío. La solución implementada fue un filtro paso banda en el lazo de control de tensión:

% Parámetros del controlador PID para el lazo de tensión
kp_tension = 0.3; 
ki_tension = 45;
kd_tension = 0.002;
% Filtro rechazabanda
[filtro_num, filtro_den] = iirnotch(2*50/(1e4/2), 0.15);
filtro_rechazo = tf(filtro_num, filtro_den, 1e-4);

Este filtro rechazabanda está diseñado para atenuar la frecuencia de 100Hz (doble de la frecuencia de red), esencialmente "ignorando" el ruido a esta frecuencia en el lazo de control. Después de ajustar los parámetros, las fluctuaciones de tensión en el bus se redujeron de ±15V a ±3V.

En pruebas prácticas con una carga súperpuesta de 15kW, la caída de tensión en la salida no superó el 5%, con un tiempo de recuperación de aproximadamente 20ms. Este rendimiento se atribuye principalmente a la rápida respuesta del lazo de corriente:

![Formas de onda de simulación]

(Aquí debería mostrarse las formas de onda de simulación, ilustrando la respuesta del sistema)

La principal lección aprendida de este proyecto es la importancia crítica del manejo del neutro en los sistemas de cuatro brazos. Sin control de secuencia cero, la distorsión armónica total podía alcanzar el 8%, pero al implementarlo, el sistema se estabilizó inmediatamente. Futuros proyectos de esta naturaleza requerirán una preparación matemática rigurosa, ya que lograr una conversión estable de 800V CC a 380V CA no es una tarea trivial.